Właściwości tribologiczne ślizgowych skojarzeń tarciowych cienkich powłok a-C:H oraz W-C:H ze stalą i ceramiką

• Autorzy: Czyżniewski A.

Warianty tytułu

EN

Tribological properties of sliding frictional contacts of a-C:H and W-C:H thin coatings against ceramic and steel

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań właściwości tribologicznych ślizgowych skojarzeń tarciowych cienkich powłok a-C:H i W-C:H z ceramiką i stalą. Testy tribologiczne przeprowadzono w warunkach tarcia suchego z wykorzystaniem metody kula-tarcza. Tarcze były pokryte badanymi powłokami, a jako przeciwpróbki zastosowano kule z ceramiki Al2O3 oraz ze stali łożyskowej 100Cr6. Po testach tribologicznych produkty zużycia badano za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM), mikroanalizy rentgenowskiej (EDS) oraz spektrometrii ramanowskiej. Wyniki badań pokazały, że w skojarzeniach powłok z przeciwpróbką z Al2O3 w strefie styku zachodzą głownie procesy grafityzacji i utleniania warstwy wierzchniej powłok. Produktami tych procesow są grafitopodobne substancje, które spełniają funkcję smaru stałego. W efekcie skojarzenia tarciowe badanych powłok z ceramiką Al2O3 charakteryzują się niskim współczynnikiem tarcia (0,03÷0,05) i wysoką odpornością na zużycie przez tarcie obu elementów skojarzenia. W skojarzeniu powłoki a-C:H z przeciwpróbką ze stali 100Cr6 zachodzą również procesy grafityzacji i utleniania wierzchniej warstwy powłoki, ale także procesy zużywania się stali, co niekorzystnie wpływa na proces tarcia. Efektem jest relatywnie wysoki współczynnik tarcia (0,27) tego skojarzenia oraz wysokie zużycie stalowej przeciwpróbki. W skojarzeniach powłoki W-C:H z przeciwpróbką ze stali 100Cr6 bardzo korzystną rolę spełniają powstające w strefie styku razem z substancjami grafitopodobnymi tlenki wolframu, gdyż po krótkim okresie docierania ograniczają bezpośredni kontakt stali z powłoką. W efekcie skojarzenie powłoki W-C:H ze stalą 100Cr6 charakteryzuje się istotnie mniejszym, zarówno współczynnikiem tarcia (0,08), jak i zużyciem stalowej przeciwpróbki w porównaniu ze skojarzeniem powłoki a-C:H ze stalą 100Cr6.

EN

In the paper results of investigation of tribological properties of sliding frictional contacts of thin a-C:H and W-C:H coatings against ceramic and steel are presented. Tribological tests were conducted in conditions of dry friction with usage of the ball-on-disc method. Discs were coated by investigated coatings and balls of Al2O3 ceramic and 100Cr6 bearing steel as counterparts were used. After tribological tests friction products were analysed by the scanning electron microscopy (SEM), X-ray microanalysis (EDS) and Raman spectrometry. Examinations showed that in frictional contacts of coatings against Al2O3 ceramics in zone contact are arising graphite-like products of the tribo-reactions acting as solid lubricant. In the end frictional contacts of investigated coatings against Al2O3 ceramics are characterised by low friction coefficient (0.03÷0.05) and by high wear resistance of both elements of the frictional contacts. In frictional contact of a-C:H against 100Cr6 steel a very significant and disadvantageous role in the mechanism of the friction are playing iron oxides. In the end frictional contact of a-C:H coating against 100Cr6 is characterised by relative high friction coefficient (0.27) and by high wear of the steel counterpart. In frictional contact of the W-C:H against 100Cr6 steel very beneficial role is fulfilled by tungsten oxides, because after a short period of running-in, they are limiting a direct contact of steel with the coating. In the end frictional contact of the W-C:H against 100Cr6 steel is characterized by lower both the friction coefficient (0.08) and the wear rateof steel counterpart in the comparison to frictional contact of a-C:H against 100Cr6 steel.

Słowa kluczowe

PL

cienkie powłoki na bazie węgla; rozpylanie magnetronowe; właściwości tribologiczne; produkty zużycia; tribologiczna warstwa przejściowa; proces tarcia

EN

thin carbon based coatings; magnetron sputtering; tribolgical properties; wear products; tribological interlayer; friction process

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 31, nr 4
• Strony: 925--930
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Czyżniewski A.

• Instytut Mechatroniki, Nanotechnologii i Techniki Próżniowej, Politechnika Koszalińska,

Bibliografia

• [1] Ronkainen H., Likonen J., Koskinen J., Varjus S.: Effect of tribofilm formation on tribological performance of hydrogenated carbon coatings. Surface and Coatings Technology 79 (1996) 87-94.
• [2] Liu Y., Erdemir A., Meletis E. I.: A study of the wear mechanism of diamondlike carbon films. Surface and Coatings Technology 82 (1996) 48-56.
• [3] Miyoshi K., Pohlchuck B., Street K. W., Zabinski J. S., Sanders J. H., Voevodin A. A., Wu R. L. C.: Sliding wear and fretting wear of diamondlike carbon-based, functionally graded nanocomposite coatings. Wear 225-229 (1999) 65-73.
• [4] Czyżniewski A.: Preparation and characterisation of a-C and a-C:H coatings deposited by pulsed magnetron sputtering. Surface and Coating Technology 203 (2009) 1027-1033.
• [5] Park S. J., Lee K.-R., Ko D.-H.: Tribochemical reaction of hydrogenated diamond-like carbon films: a clue to understand the environmental dependence. Tribology International 37 (2004) 913-921.
• [6] Sanchez-Lopez J. C., Erdemir A., Donnet C., Rojas T. C.: Friction-induced structural transformation of diamondlike carbon coatings under various atmospheres. Surface and Coatings Technology 163-164 (2003) 444-450.
• [7] Voevodin A. A., Phelps A. W., Zabinski J. S, Donley M. S.: Friction induced phase transformation of pulsed laser deposited diamond-like carbon Diamond and Related Materials 1997 (5) (1996) 1264-1269.
• [8] Kim M-G., Lee K-R. Eun K. Y.: Tribological behavior of silicon-incorporated carbon films. Surface and Coatings technology 112 (1999) 204-209.
• [9] Voevodin A. A., O`Neill J. P., Zabiński J. S.: Tribological performance and tribochemistry of nanacrystalline WC/amorphous diamond-like carbon composites. Thin Solid Films 342 (1999) 194-200.
• [10] Chang Y. Y., Wang D. Y., Chang Ch. H., Wu W. T.: Tribological analysis on nano-composite diamond-like carbon films deposited by unbalanced magnetron sputtering. Surface and Coatings Technology184 (2004) 349-355.
• [11] Czyżniewski A.: Characterisation of transfer layer and wear debris on various counterparts sliding against undoped and doped DLC coatings. Plasma Processes and Polymers 4 (2007) S231-S236.
• [12] Czyżniewski A.: Wytwarzanie i właściwości cienkich powłok węglowych modyfikowanych wolframem. Inżynieria Materiałowa 6 (166) (2008) 772- 775.
• [13] Wänstrand O., Larsson M., Hedenquist P.: Mechanical and tribological evaluation of PVD WC/C coatings. Surface and Coatings Technology 111 (1999) 247.
• [14] Woydt M., Skopp A., Dörfel I., Witke K.: Wear engineering oxides/antiwear oxides. Wear 218 (1998) 84-95.
• [15] Szczerek M., Wisniewski M., (Red.): Tribologia i tribotechnika. ITeE Radom (2000).
• [16] Erdemir A.: Design criteria for superlubriticity in carbon films and related microstructures. Tribology International 37 (2004) 577-583.
• [17] Fontaine J., Le Mogne T., Loubet J. L., Beli M.: Achieving superlow friction with hydrogenated amorphous carbon: some key requirements. Thin Solid Films 482 (2005) 99-108.
• [18] Kula P.: The “self-lubrication” by hydrogen during friction of hardened surface layers. Wear (1996) 155-162.